Séries OTS PB e OTS AF de conjuntos de teste de óleo isolante

Simplificando, um teste de tensão de ruptura dielétrica é uma medida do estresse elétrico que um óleo isolante pode suportar sem sofrer ruptura. O teste é realizado utilizando um recipiente de teste com dois eletrodos montados, com um espaço entre eles. Uma amostra do óleo a ser testado é colocada no recipiente e uma tensão CA é aplicada aos eletrodos. Essa tensão é aumentada até que o óleo sofra ruptura – ou seja, até que uma faísca passe entre os eletrodos. A tensão do teste é então imediatamente desligada. A tensão na qual ocorreu a ruptura é o resultado do teste e normalmente é avaliada comparando-a com as diretrizes estabelecidas em diversas normas ou nas especificações do fabricante do óleo. O método exato de realização do teste é determinado pela norma utilizada. A norma normalmente define parâmetros como o tamanho e o formato dos eletrodos, a distância entre eles, a taxa de aumento da tensão de teste, o número de vezes que o teste é repetido e se o óleo é ou não agitado durante o teste.

Existem muitos tipos de organizações que se beneficiam da realização de testes em óleo isolante. Entre elas, estão:

• Empreiteiros de serviços públicos (principalmente em subestações)
• Empresas de serviços públicos (principalmente em centrais elétricas e subestações)
• Empresas ferroviárias (aparelhagens de manobra e transformadores de redução de tensão para locomotivas)
• Laboratórios de teste de óleo (prestação de serviços de teste)
• Fabricantes de transformadores e aparelhagens de manobra (controle de qualidade do óleo)
• Empresas petrolíferas (teste de novo óleo durante a fabricação)
• Indústria pesada e fabricação (programas de manutenção de ativos)

Embora o termo genérico "óleo" seja quase universalmente usado para descrever fluidos isolantes, atualmente existem cinco tipos diferentes de fluido isolante em uso comum. São eles:

• Óleo mineral
• Fluidos de hidrocarbonetos de alto peso molecular (HMWH)
• Fluidos de silicone
• Fluidos de éster sintéticos
• Fluidos de éster natural (óleo vegetal)

Todos esses tipos de óleo podem ser testados quanto à tensão de ruptura dielétrica e testados com os conjuntos de teste da linha Megger OTS. O óleo mineral é o fluido isolante mais comum e está em uso desde o final do século XIX. Existem muitos transformadores preenchidos com óleo mineral em uso contínuo há mais de 50 anos. Os óleos minerais são refinados a partir de petróleo bruto naftênico ou, mais recentemente, de petróleo bruto parafínico. Os fluidos HWMH, silício, éster sintético e éster natural são desenvolvimentos mais recentes e frequentemente preferidos por serem muito menos inflamáveis do que o óleo mineral. A norma ASTM D5222 especifica que, para que os fluidos isolantes sejam qualificados como "menos inflamáveis", eles devem ter um ponto de combustão de pelo menos 300 ºC. Os cinco fluidos diferem significativamente na forma como se comportam na presença de umidade. O óleo mineral é o menos satisfatório, e mesmo pequenas quantidades de água reduzem significativamente sua tensão de ruptura. O fluido de silicone também é rapidamente afetado por pequenas quantidades de umidade, enquanto os fluidos de éster se comportam muito bem na presença de umidade e podem normalmente manter uma tensão de ruptura superior a 30 kV com mais de 400 ppm de teor de água. Esta é uma das razões pelas quais os ésteres duram muito mais em serviço.

O teste de tensão de ruptura dielétrica é uma maneira relativamente rápida e fácil de determinar a quantidade de contaminação em óleo isolante. Normalmente, o contaminante é a água, mas também pode ser partículas condutoras, sujeira, detritos, partículas isolantes e subprodutos da oxidação e envelhecimento do óleo. Para equipamentos em serviço, o teste de tensão de ruptura dielétrica oferece uma maneira útil e conveniente de detectar umidade e outras contaminações no óleo antes que elas levem a uma falha catastrófica. As informações obtidas com o teste também podem ser usadas como auxílio para:

• Prever a vida útil restante de um transformador
• Aumentar a segurança operacional
• Prevenção de incêndios em equipamentos
• Manutenção da confiabilidade

O teste de tensão de ruptura dielétrica também é realizado em óleo novo antes de ser usado para abastecer equipamentos e como parte do teste de aceitação para entregas de óleo novo e reprocessado.

O teste de tensão de ruptura dielétrica é um elemento importante no programa de manutenção de qualquer equipamento elétrico isolado a óleo. No entanto, para obter o máximo benefício deste tipo de teste, a Megger recomenda fortemente que o óleo seja testado pelo menos uma vez por ano e, de preferência, duas vezes por ano. Os resultados devem ser registrados, pois a análise de tendências dos dados facilitará a identificação de alterações repentinas ou inesperadas. Se for encontrada uma alteração repentina nos resultados, o transformador pode ser inspecionado quanto a vazamentos, o nível do óleo pode ser verificado e o teor de água do óleo avaliado. Se a contaminação for confirmada, muitas vezes será possível secar e filtrar o óleo, recondicionando-o em vez de ter que substituí-lo por um óleo novo e caro.

A norma ASTM D877 é mais antiga e geralmente não é muito sensível à presença de umidade. Por essa razão, não é amplamente utilizada em aplicações em serviço. Em 2002, o IEEE revisou o C51.106, Guia para aceitação e manutenção de óleo isolante em equipamentos. IO IEEE removeu os valores para D877 de seus critérios para avaliação de óleo em serviço em transformadores. Geralmente, a norma ASTM D877 é recomendada apenas para testes de aceitação de óleo novo recebido de um fornecedor em cargas a granel ou contêineres, para garantir que o óleo tenha sido armazenado e transportado corretamente. Normalmente, é especificado um valor mínimo de ruptura de 30 kV. A norma ASTM D877 especifica o uso de eletrodos em formato de disco com 25,4 mm (1 pol.) de diâmetro e pelo menos 3,18 mm (0,125 pol.) de espessura. Esses eletrodos são feitos de latão polido e são montados com suas faces paralelas e horizontalmente alinhadas no recipiente de teste. As bordas são especificadas para serem afiadas com um raio não superior a 0,254 mm (0,010 pol). É uma boa prática inspecionar as bordas afiadas regularmente para garantir que não estejam muito arredondadas. Bordas excessivamente arredondadas terão o efeito de aumentar falsamente a tensão de ruptura, possivelmente permitindo a passagem de óleo que deveria ter sido reprovado no teste. Também é importante que os eletrodos sejam mantidos muito limpos, sem descamações ou sinais de corrosão; caso contrário, os valores de ruptura podem ser falsamente baixos.

A ASTM D1816 tornou-se amplamente utilizada na América do Norte, mesmo fora da aplicação estabelecida pela norma para óleos isolantes de origem petrolífera e limites de viscosidade. A D1816 é mais sensível que a D877 à umidade, envelhecimento do óleo e oxidação, e é mais afetada pela presença de partículas no óleo. A revisão IEEE de C51.106, em 2002, adicionou limites de tensão de ruptura para óleo novo e em serviço utilizando a norma D1816. A ASTM D1816 especifica o uso de eletrodos em forma de cogumelo com 36 mm de diâmetro. Assim como na norma D877, os eletrodos são feitos de latão e devem ser polidos para evitar decapagem, arranhões, corrosão ou acúmulo de carbono. O óleo é agitado durante toda a sequência de teste, e um impulsor acionado por motor de duas pás é especificado. A norma prescreve as dimensões e o passo do impulsor, bem como a velocidade de operação, que deve estar entre 200 rpm e 300 rpm. O recipiente de teste deve ter uma tampa ou defletor para impedir que o ar entre em contato com o óleo circulante. A norma D1816, embora geralmente aceita como mais valiosa que a D877, tem uma limitação significativa: ao testar óleo em serviço, esse método de teste é muito sensível a gases dissolvidos. Quantidades excessivas de gás no óleo podem reduzir os resultados do teste a ponto de uma amostra de óleo perfeitamente boa, com baixo teor de umidade e partículas, ser reprovada no teste. É importante ter isso em mente ao testar óleo de pequenos transformadores com manta de gás e, em alguns casos, transformadores de respiração livre.

A IEC 60156 é uma norma internacional que se apresenta em diversas formas, conforme foi adotada por comitês nacionais membros da IEC de vários países. Exemplos são a Norma Britânica BS EN 60156 e a alemã VDE 0370 Parte 5. A IEC 60156 especifica o uso de eletrodos esféricos ou em formato de cogumelo, os mesmos utilizados na norma ASTM D1816. A norma IEC difere da norma D1816 em vários aspectos, mas a principal diferença é que a norma IEC permite o uso opcional de um impulsor de agitação, o uso de um agitador de esferas magnéticas ou até mesmo a ausência de agitação. A norma afirma que as diferenças entre os testes com ou sem agitação não foram estatisticamente significativas. Um agitador magnético só é permitido quando não há risco de remoção de partículas magnéticas da amostra de óleo em teste. Quando o óleo é usado como refrigerante, caso em que circula, ele seria agitado durante o teste. Por exemplo, normalmente, o óleo do transformador circula quando é usado como refrigerante. Portanto, uma amostra de óleo de um transformador deve ser agitada para garantir a melhor chance de detectar contaminação por partículas. O óleo de um disjuntor é normalmente estático em uso, portanto, as partículas cairiam naturalmente para o fundo do tanque, onde dificilmente causariam problemas. Portanto, em aplicações de uso estático, uma amostra de óleo geralmente não é agitada. Os valores de ruptura dielétrica do método IEC 60156 são geralmente maiores do que os dos métodos ASTM. Os valores de ruptura dielétrica mais altos se devem, em parte, às diferenças na velocidade de aceleração da tensão e na folga do eletrodo em comparação com a D1816, e no formato do eletrodo em comparação com a D877 (o formato do eletrodo IEC proporciona um campo elétrico mais uniforme). O resultado é que, para transformadores bem conservados, as tensões de ruptura podem ser maiores do que as alcançadas por um instrumento de teste de 60 kV. A incapacidade de quantificar uma tensão de ruptura superior a 60 kV pode não ser um problema ao avaliar óleo novo de um fornecedor ou mesmo óleo em serviço. No entanto, frequentemente é necessário um valor real da tensão de ruptura. Portanto, ao testar de acordo com a norma IEC 60156, recomenda-se um instrumento capaz de aplicar uma tensão mais alta. Assim como no caso da D1816, o gás dissolvido na amostra de óleo pode reduzir os valores de ruptura, mas o efeito é muito menos pronunciado com a norma IEC 60156.